近日，重庆交通大学交通土建工程材料国家地方联合工程研究中心在国际期刊《Journal of Cleaner Production》（中科院一区期刊，IF=10.7，Nature Index期刊列表），发表题为“Lignin-based aqueous epoxy emulsified asphalt: Preparation, performance characterization, and sustainable applications”的研究论文。该论文由中心教师张丰雷（第一作者、共同通讯）、硕士研究生陈力尔（第二作者）、朱洪洲教授（共同通讯）及多位研究人员共同完成。

研究背景

在全球碳中和与可持续发展背景下，交通基础设施材料正加快向绿色、低碳和生物基方向转型。随着道路建设进入运营养护阶段，坑槽、裂缝等病害对养护材料性能提出了更高要求。水性环氧乳化沥青虽具有常温固化、高强度和良好黏结性能，但仍存在石油基原料依赖度高、环境负荷大和成本较高等问题。

木质素作为一种储量丰富的天然可再生芳香族资源，其独特的芳香骨架赋予其良好的热稳定性和力学性能，同时丰富的酚羟基、羧基等活性官能团为化学改性提供了反应基础，并使其与沥青具有较好的天然亲和性。针对上述问题，本研究提出一种木质素基水性环氧乳化沥青绿色制备方法，通过木质素与甘油三缩水甘油醚（GTE）的化学接枝制备木质素基水性环氧乳液，并结合静电势计算、化学结构表征、流变与界面性能测试、混合料路用性能评价及生命周期分析，系统揭示其结构形成与性能提升机制，旨在实现工业副产物木质素的高值利用，并为高性能、低成本、环境友好型道路养护材料的开发提供新的技术路径。

论文内容

本研究提出了一种木质素基水性环氧乳化沥青的绿色制备方法，通过木质素与甘油三缩水甘油醚（GTE）化学接枝制备木质素基水性环氧乳液，并与水性胺类固化剂及乳化沥青进一步复合构建改性体系。粒径、Zeta电位及环氧值测试确定木质素溶液最佳浓度为10 wt%，木质素与GTE最佳质量比为1:1.5，分子静电势计算与FTIR表征进一步验证了接枝及交联反应的可行性。随着木质素基水性环氧掺量增加，体系逐渐形成三维交联网络，当掺量达到12 wt%及以上时网络结构明显形成，并推动胶结料高温流变性能显著提升；表面自由能分析表明，其与集料的界面黏附性能同步增强，其中与石灰岩的黏附功提高约21%。进一步开展高温车辙、低温弯曲和水稳定性试验，木质素基水性环氧乳化沥青混合料动稳定度达到4842次/mm，浸水残留稳定度达到87.0%，同时能够缓解传统双酚A型水性环氧体系的低温脆化趋势。生命周期评价结果显示，该体系全球变暖潜势（GWP）为606.68 kg CO₂ eq，较传统双酚A型水性环氧体系降低约9.9%，在提升道路养护材料综合性能的同时，实现了工业木质素高值利用与材料绿色低碳化。

图1 木质素基水性环氧乳化沥青的核心反应原理

图2 木质素基水性环氧乳液的制备方法

图3 木质素基水性环氧乳化沥青的制备方法

图4 分子静电势的相关计算

图5 LCA评价结果

引文格式：ZHANG F, CHEN L E, FAN S, et al. Lignin-based aqueous epoxy emulsified asphalt: Preparation, performance characterization, and sustainable applications [J]. Journal of Cleaner Production, 2026, 574: 149131.

作者简介

张丰雷（第一作者，共同通讯作者），讲师，硕导，重庆交通大学交通土建工程材料国家地方联合工程研究中心教师，主要从事智能材料研发与应用、铺装用环氧沥青材料的研发和机理研究、高掺量环氧改性热再生耐久路面关键技术研究工作。邮箱：flzhang@cqjtu.edu.cn

陈力尔（第二作者），2024级硕士研究生。邮箱：cle@mails.cqjtu.edu.cn

朱洪州（共同通讯作者），教授，博导，重庆交通大学交通土建工程材料国家地方联合工程研究中心常务副主任，主要从事绿色、高性能道路材料开发、路面养护技术、路面铺装等方面研究。邮箱：Zhuhongzhouchina@cqjtu.edu.cn